王 旭，申彩英，楊 俊，劉 彬

（遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

引言

由于國家政策的大力支持，我國電動汽車行業(yè)得到了快速發(fā)展，但是現(xiàn)階段電動汽車續(xù)駛里程、能耗問題一直是汽車廠商亟待解決的問題，對電動汽車傳動系統(tǒng)進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)匹配能夠提高汽車的性能[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展與人們對生活環(huán)境的要求越來越高，純電動汽車受到廣泛應(yīng)用，純電動汽車噪音低，舒適性好，對環(huán)境污染低。但是如何提高整車的運行效率，提高能源利用率，發(fā)揮更好的動力性，提高經(jīng)濟性是研究的方向，本文設(shè)計了搭載兩擋變速器的純電動汽車，利用cruise 軟件建模仿真，分析其動力性、經(jīng)濟性。

1 整車參數(shù)與性能指標

本文以某款純電動汽車為參考車型，確定其基本參數(shù)與動力總成數(shù)據(jù)，對兩擋變速器的速比進行計算，速比要滿足整車的最大爬坡度要求與最高車速要求。

1.1 整車參數(shù)與性能指標

表1 整車參數(shù)與性能指標

1.2 動力總成參數(shù)

純電動汽車的動力來源只有電動機，電動機的型號、類型與參數(shù)匹配的合理性都影響著整車動力性，電機的額定轉(zhuǎn)速與峰值轉(zhuǎn)速影響著整車加速性能，峰值扭矩則決定著最大爬坡度。該車電池選取鋰離子電池，鋰離子電池具有更高的能量比、能量體積比；電壓高，單節(jié)鋰電池電壓約等于三只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓；自放電小可長時間存放，目前鋰電池在電動汽車上得到廣泛應(yīng)用，為保證汽車有足夠的續(xù)駛里程，并且確保電池不過放電，延長蓄電池循環(huán)使用壽命，降低整車運行成本，提高整車經(jīng)濟性，蓄電池的容量要滿足整車運行要求。

表2 整車動力總成參數(shù)

2 純電動汽車兩擋速比計算

純電動汽車的動力性能設(shè)計必須滿足動力總成提供給車輪的驅(qū)動力Ft能克服車輛在行駛過程中產(chǎn)生的阻力，汽車的行駛阻力是指行駛過程中與路面產(chǎn)生的滾動阻力Ft、空氣阻力Fw、坡道阻力Fi、加速阻力Fj[2]。

2.1 擋位數(shù)的選擇

通過前面分析，新能源純電動汽車的傳動比要考慮兩方面的要求，一要滿足整車在爬坡工況有足夠的動力爬坡，二要滿足汽車最高車速要求，因為純電動汽車電動機具有較大的調(diào)速范圍與過載特性，所以一般情況下純電動汽車擋位數(shù)不宜過多，本文設(shè)計為兩擋位，如果擋位數(shù)過多，變速機構(gòu)會復(fù)雜，增大整車重量，增加成本，傳遞效率降低，使整車成本增大。

2.2 最大傳動比的計算

最大傳動比的計算主要考慮汽車運行在爬坡工況，取性能指標最大爬坡度20%，以20 km/h 車速爬坡計算最大傳動比：

式中imax為最大傳動比，r為滾動半徑，v為爬坡車速，Tmax為最大轉(zhuǎn)矩。計算得imax為4.42。

2.3 最小傳動比的計算

最小傳動的計算主要考慮最高車速，最高車速取汽車在平坦良好的路面能夠達到的最高設(shè)計車速。

式中imin為最小傳動比，nmax為電機最高轉(zhuǎn)速，Vmax為最高車速。計算得imin為6.6。

2.4 傳動比設(shè)計匹配

汽車變速器各擋的傳動比以等比級數(shù)分配[3]，本文變速器擋位設(shè)計為兩擋，參考同級車與設(shè)計經(jīng)驗，q 值取1.37，各擋比例為：

式中q為各擋之間的公比。

論文設(shè)計為兩擋變速器，主減速比為4，一擋傳動比為1.625，二擋傳動比為1.186。

3 基于cruise 的整車建模仿真

3.1 整車模型搭建

利用cruise 軟件搭建單級主減速器純電動汽車與兩擋純電動汽車整車模型，完成機械、電氣與通信總線的連接，完成變速器速比的設(shè)定，換擋策略的設(shè)計，本文依據(jù)車速進行換擋。

圖1 兩擋純電動汽車整車模型

圖2 變速器速比設(shè)定

表3 仿真結(jié)果對比

3.2 仿真結(jié)果分析

根據(jù)采用單級主減速器純電動汽車與兩擋純電動汽車整車模型進行仿真，得到仿真曲線。

圖3 單級主減速器循環(huán)工況仿真

圖4 兩擋位變速器循環(huán)工況仿真

圖5 單級主減速器加速性仿真曲線

圖6 兩擋位變速器加速性仿真曲線

動力性分析：兩種方案最大爬坡度幾乎持平，0～100 km/h 加速時間兩擋位純電動汽車略長，主要因為1 擋傳動比略大，使加速時間略微增加，兩擋位純電動汽車最高車速高于單級主減速器純電動汽車，提高了汽車的動力性能。

經(jīng)濟性能分析：運行NEDC 循環(huán)工況，兩擋位純電動汽車蓄電池SOC 值從初值95%下降到86%，滿足續(xù)駛里程且電池不過放的要求，NEDC 工況兩擋位純電動汽車耗電量為1.496 kwh，單級主減速器純電動汽車耗電量為1.664 kwh，通過參數(shù)對比，兩擋位純電動汽車耗電量低于單級主減速器汽車，降低了運行成本，提高了整車經(jīng)濟性。

4 結(jié)語

隨著污染的加劇與能源需求的提高，純電動汽車會得到更廣泛的應(yīng)用，在電池與電機參數(shù)確定的情況下，如何更好地發(fā)揮整車性能與降低運行成本是研究的方向，本文設(shè)計了兩擋位變速器的速比，利用cruise 軟件搭建整車模型，完成總線的連接，設(shè)計換擋策略，設(shè)置循環(huán)工況仿真任務(wù)、爬坡工況任務(wù)，通過對比仿真分析結(jié)果，得出結(jié)論，采用兩擋位的純電動汽車有利于提高整車經(jīng)濟性，動力性指標有所提高，滿足整車參數(shù)的設(shè)計匹配。